Термоэлектрический материал с упорядоченно расположенными нанотрубками

Первый в мире термоэлектрический материал на основе упорядоченно расположенных нанотрубок разработала группа ученых с кафедры Функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «» в сотрудничестве с исследователями из шведского Технологического Университета Лулело и Йенского университета имени Фридриха Шиллера. Информация о новаторской разработке была представлена в форме статьи в журнале Advanced Functional Materials.

Напомним, что термоэлектрический эффект, также известный как эффект Зеебека, был открыт немецким физиком Томасом Зеебеком в 1821 году. И на протяжении длительного времени в качестве термоэлектрических материалов для термогенераторов применялись исключительно сплавы, дававшие всего около 10%. И то, чтобы достичь максимальной эффективности от такого элемента, необходимо было обеспечить разницу температур в сотни градусов, что технически сделать непросто.

В последние несколько лет ученые активно искали альтернативы термоэлектрическим сплавам. Решение было найдено — подходят полимерные материалы. Полимерные материалы, взятые за основу, позволяют создавать образцы термоэлектрических преобразователей, способные работать даже при комнатной температуре.

К тому же большинство полимеров нетоксичны и отличаются небольшой теплопроводностью, что сводит к минимуму бесполезное рассеивание подводимого к ним тепла. В отличие от металлических сплавов, полимеры обладают превосходной гибкостью, а значит из них в принципе можно изготавливать термогенераторы любых желаемых форм.

Первый в мире образец модифицированного полимера с расположенными упорядоченно и вытянутыми нанотрубками изготовлен с использованием очень перспективного полимера — полиэтилендиокситиофена. Данный полимер сам по себе отличается высокой электрической проводимостью, к тому же проводимость можно еще более усилить, добавлением химических включений в полимерную матрицу исходного материала.

На рисунке выше изображен процесс изготовления композитного материала с применением слоя поливинилбутирала для переноса гибких изогнутых подложек.

Далее показан композит, успешно перенесенный на три подложки разных форм, включая изогнутую поверхность и гибкую опору.

Приведенные изображения показывают потенциальные возможности применения нового материала в качестве «строительных блоков» различного назначения, вплоть до использования в качестве конформного покрытия для изделий любых форм, включая сгибаемые пленки и гибкие подложки.

Первым делом на полупроводниковой подложке был выращен вертикально ориентированный массив углеродных нанотрубок. После — нанотрубки были вытянуты по горизонтальной плоскости. Затем массив нанотрубок залили полимером.

Так как при выращивании нанотрубок они часто скапливаются, образуя своеобразные агломерации, для устранения подобных скоплений в одной точке, материал подвергли последующей обработке этиленгликолем и диметилсульфоксидом. По завершении последнего шага обработки, удельная мощность материала возросла более чем в 4 раза, то есть примерно до 92 мкВт*мК^(-2).

Один из участников научной группы с кафедры Функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «», кандидат физико-математических наук Хабиб Юсупов утверждает, что полученные характеристики позволят использовать новый материал для создания термоэлектрических преобразователей, способных преобразовывать тепло человеческого тела (то есть работать на разности температуры тела с комнатной температурой) в электрическую энергию. К примеру можно будет создать браслет на руку или чехол для телефона, который сможет постоянно питать устройство без надобности в дополнительном источнике энергии.

Pin It

Добавить комментарий